JP2010240724A - ろう付け用複合材及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶融温度が低いろう付け用複合材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】チタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層４とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層５とを含む積層ろう材層６と、該積層ろう材層６に接合され、基材からなる基材層７と、該基材層７と上記積層ろう材層６との間に介在され、溶融温度低下材からなる溶融温度低下材層８とを備えた。
【選択図】図１
【解決手段】チタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層４とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層５とを含む積層ろう材層６と、該積層ろう材層６に接合され、基材からなる基材層７と、該基材層７と上記積層ろう材層６との間に介在され、溶融温度低下材からなる溶融温度低下材層８とを備えた。
【選択図】図１
Description
本発明は、溶融温度（融点）が低いろう付け用複合材及びその製造方法に関する。
自動車用オイルクーラの構造材としてステンレス基クラッドろう材等のろう付け材が使用されている。ステンレス基クラッドろう材は、ステンレス板の片面あるいは両面にろう材としての機能を持つ銅がクラッドされている。また、ステンレス鋼やニッケル基およびコバルト基合金などの部品のろう付け材として、ろう付け部の耐酸化性や耐食性に優れる各種ニッケルろう材がＪＩＳ規格により規定されている。
さらに、熱交換器ろう付け用のニッケルろう材として、粉末状ニッケルろう材に、ニッケル、クロム、ニッケル−クロム合金のうち選ばれた金属粉末を４重量％〜２２重量％添加して構成されるニッケルろう材が特許文献１に開示されている。
また、自己ろう付け性複合材の製造方法が特許文献２に開示されている。
特許文献２の製造方法で得られる複合材には、以下のような問題がある。
上記複合材は、ニッケルに対してチタンの比率が大きい場合は、１０００℃以下でろう材が溶解するものの、ろう付け部が固く脆いためクラックが生じやすく、ろう付け強度に問題がある。一方、ニッケルに対してチタンの比率が小さい場合は、ろう材が溶融した後のろう付け強度は十分に確保されるが、ろう付け温度が１１５０℃以上必要となる。１１５０℃のろう付け温度にて工業的にろう付け量産を行う場合、熱処理炉に与える熱負荷が非常に大きく、炉の構成材の熱疲労および高温酸化等の腐食が原因で炉の寿命が短縮される。
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、溶融温度が低いろう付け用複合材及びその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するために本発明のろう付け用複合材は、チタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層とを含む積層ろう材層と、該積層ろう材層に接合され、基材からなる基材層と、該基材層と上記積層ろう材層との間に介在され、溶融温度低下材からなる溶融温度低下材層とを備えたものである。
上記積層ろう材層が鉄または鉄合金をろう材とする第三ろう材層を含んでもよい。
上記溶融温度低下材の上記積層ろう材層全体のろう材に対する質量比率が４質量％以上１０質量％以下であってもよい。
上記溶融温度低下材は、粒径が直径１μｍ以上５μｍ以下のシリコン粒子であってもよい。
上記基材がステンレス鋼であってもよい。
また、本発明の製造方法は、積層ろう材層が基材層に接合されたろう付け用複合材の製造方法において、シリコン粒子を有機系溶剤に混合し、この混合物をチタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層とを含む積層ろう材層または基材層に塗布した後、上記積層ろう材層と上記基材層を接合させるものである。
上記有機系溶剤に、７０℃以上１００℃以下で揮発する有機系溶剤を用い、上記混合物を塗布してから上記積層ろう材層と上記基材層とを接合するまでの間は、７０℃未満で保管し、上記積層ろう材層と上記基材層の接合は、冷間圧延により行い、冷間圧延後、１００℃超にて焼鈍してもよい。
本発明により、溶融温度が低いろう付け用複合材及びその製造方法が提供される。
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
図１〜図３に示されるように、本発明に係るろう付け用複合材１，２，３は、チタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層４とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層５とを含む積層ろう材層６と、該積層ろう材層６に接合され、基材からなる基材層７と、該基材層７と上記積層ろう材層６との間に介在され、溶融温度低下材からなる溶融温度低下材層８とを備えたものである。
溶融温度低下材層８に用いる溶融温度低下材は、例えば、シリコンである。ここではシリコン粒子（シリコン粉末でもよい）を用いる。
基材層７に用いる基材は、例えば、ステンレス鋼である。
図１のろう付け用複合材１は、基材層７の表面（図示上側）に溶融温度低下材層８を有し、溶融温度低下材層８の表面に積層ろう材層６を有する。積層ろう材層６は、チタン成分層４の表面にニッケル成分層５を積層したものである。
図２のろう付け用複合材２は、基材層７の表面（図示上側）に溶融温度低下材層８を有し、溶融温度低下材層８の表面に積層ろう材層６を有する。積層ろう材層６は、ニッケル成分層５の表面にチタン成分層４積層し、さらにそのチタン成分層４の表面にニッケル成分層５を積層したものである。
図３のろう付け用複合材３は、基材層７の表面（図示上側）に溶融温度低下材層８を有し、溶融温度低下材層８の表面に積層ろう材層６を有する。積層ろう材層６は、チタン成分層４の表面にニッケル成分層５を積層し、さらにニッケル成分層５の表面に第三ろう材層９を積層したものである。第三ろう材層９は、鉄または鉄合金をろう材とする。
本発明のろう付け用複合材の効果を説明するために、図１のろう付け用複合材１をステンレス鋼からなる対象部材にろう付けする場合を例に説明する。
積層ろう材層６には、チタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層４とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層５とが含まれる。ろう付け熱処理の温度上昇過程において、チタン成分層４とニッケル成分層５は、両者の界面から拡散反応が始まり、チタン成分が積層ろう材層６の表面にまで拡散する。
チタンは酸化しやすい金属なので、ろう付け雰囲気内に微量でも酸素が残留していると、積層ろう材層６の表面まで拡散したチタン成分が酸化し、酸化物を形成してしまう。積層ろう材層６の表面に形成された酸化物は積層ろう材層６の全体が溶融温度に達した後に、ろう材の流動を大きく阻害し、ろう流れが著しく悪化する。したがって、熱処理雰囲気は、ろう材の溶融前における表面酸化を抑制するために、７×１０-2Ｐａ以下の真空中であることが望ましい。
ろう付け熱処理開始後、基材及びろう材を構成する各金属同士の相互拡散による合金化が進行し、ろう付け温度にてろう材全体が溶融して、ろう付け用複合材１と対象部材の接触箇所や隙間・谷間に流動し、冷却によりろう付け温度以下になると凝固してろう付けが完了する。
ろう材が溶融する際、主にニッケル成分とチタン成分で構成されているろう材全体の溶融温度を、溶融温度低下材であるシリコン成分が低下させる働きをし、従来のろう付け温度である１１５０℃よりも低い温度でのろう付けが可能となる。
以上説明したように、本発明のろう付け用複合材１によれば、ニッケルとチタンの比率に関わらず、基材層７と積層ろう材層６との間に溶融温度低下材層８が介在するので、ろう材の溶融温度が低くできる。
また、本発明のろう付け用複合材１によれば、ろう材中のチタン成分の高耐食性を損なうことなく、ろう材の溶融温度が低くできる。
また、本発明のろう付け用複合材１によれば、ろう材の溶融温度が低くなることにより、ろう付け熱処理炉の寿命を延ばすことができる。
本発明のろう付け用複合材の効果は、図１のろう付け用複合材１に限らず、図２，３のろう付け用複合材２，３でも同様である。
上記実施形態では、溶融温度低下材層８における溶融温度低下材の濃度は限定しなかったが、溶融温度低下材（シリコン）は、積層ろう材層６全体のろう材（チタンまたはチタン合金とニッケルまたはニッケル合金）に対して、質量比率が４質量％以上１０質量％以下であることが望ましい。シリコンの質量比率が４質量％未満では、ろう材の溶融温度は１０８０℃以上となり、ろう付け温度は１１００℃となるので、ろう付け温度を低下させる効果が十分ではない。シリコンの質量比率が１０質量％超では、溶融温度低下材層８の厚さが厚くなり、基材層７と積層ろう材層６とを接合させることが困難となる。すなわち、溶融温度低下材の濃度を上記のように限定することにより、ろう材の溶融温度を十分に低下させることができ、かつ、基材層７と積層ろう材層６との接合が容易となる。
上記実施形態では、溶融温度低下材層８の溶融温度低下材として用いるシリコン粒子の粒径は限定しなかったが、溶融温度低下材（シリコン）の粒径は、直径１μｍ以上５μｍ以下であることが望ましい。シリコン粒子の粒径が直径１μｍ未満では、溶融温度低下材層８内が緻密になりすぎて、基材層７と積層ろう材層６とを接合させるとき、基材層７と積層ろう材層６とが接触する接触面積がほとんどなくなり、接合が困難となる。シリコン粒子の粒径が５μｍ超では、シリコン粒子による溶融温度低下材層８の凹凸が積層ろう材層６の表面に反映され、積層ろう材層６の表面が粗くなり、平坦度が悪化する。すなわち、シリコン粒子の粒径を上記のように限定することにより、図４に示されるように、基材層７と積層ろう材層６との界面に介在する溶融温度低下材層８内では、シリコン粒子４１同士間に適宜な幅の空隙４２が形成され、基材層７と積層ろう材層６との接合が容易、かつ、積層ろう材層６の表面の平坦度が良好となる。
本発明のろう付け用複合材１，２，３は、ろう付け性能を向上させると共に、耐熱性と耐食性能を向上し得る。また、本発明のろう付け用複合材１，２，３は、熱交換器（排ガス再循環装置（ＥＧＲ）用クーラや燃料電池用改質器用クーラ）、燃料電池用部材に応用される。
次に、本発明に係るろう付け用複合材１の製造方法は、積層ろう材層６を基材層７に接合する際に積層ろう材層６と基材層７との界面に溶融温度低下材層８を介在させるものである。
積層ろう材層６と基材層７との界面に溶融温度低下材層８を介在させる方法として、例えば、積層ろう材層６と基材層７との複合工程を行う前に行う前工程にて、溶融温度低下材を基材層７または積層ろう材層６に塗布する方法がある。以下、溶融温度低下材を基材層７に塗布するものとして説明する。
溶融温度低下材であるシリコン粒子を基材層７の表面に均一に塗布するためには、シリコン粒子が基材層７の表面の所定の位置に配置されるよう、基材層７にシリコン粒子を直接噴射してもよい。また、シリコン粒子をまとめるバインダとして有機系溶剤を用いてもよい。すなわち、シリコン粒子を有機系溶剤に混合しておき、この混合物を基材層７に塗布する。これによって、シリコン粒子を基材層７の表面に均一に塗布することができる。
このとき、混合物を塗布して溶融温度低下材層８が形成された基材層７をそのまま積層ろう材層６に接合すると、接合工程後に材料調質のために行う焼鈍工程にて加熱されたとき、溶融温度低下材層８内に存在する有機系溶剤が揮発、膨張するため、製造したろう付け用複合材１に表面膨れが生じる。また、焼鈍工程を行わない場合、ろう付け時に溶融温度低下材層８内でガスが発生し、そのガスがろう材中のチタン成分と反応して化合物が形成され、その化合物がろう材の流動を阻害する。したがって、有機系溶剤は、焼鈍工程より前、またはろう付けを行うよりも前に揮発していることが望ましい。
そこで、本発明では、有機系溶剤が接合工程において揮発するようにした。例えば、冷間圧延による接合工程（クラッド接合工程）では、接合される積層ろう材層６及び基材層７が発熱して１００℃超となる。有機系溶剤の揮発温度が１００℃以下であれば、有機系溶剤が接合工程において揮発することになるので、焼鈍工程またはろう付け時にガスが発生することを防止することができる。
また、シリコン粒子と有機系溶剤の混合物を基材層７に塗布してから、積層ろう材層６と基材層７を接合するまでの保管中に有機系溶剤が揮発するのを防ぐためには、有機系溶剤の揮発温度が室温（保管雰囲気温度；７０℃未満）より高い温度であればよい。シリコン粒子は有機系溶剤によって基材層７の表面に固定されているので、保管中に有機系溶剤が揮発すると、シリコン粒子の固定が妨げられるという不具合が生じる。
以上の理由で、本発明では、有機系溶剤に７０℃以上１００℃以下で揮発するものを使用する。
このようにして、シリコン粒子と有機系溶剤の混合物を基材層７に塗布した後、積層ろう材層６と基材層７を冷間圧延して接合させ、その後、１００℃超にて焼鈍する。
本発明の製造方法によれば、溶融温度低下材としてシリコン粒子を用いた場合に、シリコン粒子をまとめるバインダとして有機系溶剤を用い、シリコン粒子を有機系溶剤に混合しておき、この混合物を基材層７に塗布するようにしたので、シリコン粒子を基材層７の表面に均一に塗布することができる。
また、本発明の製造方法によれば、７０℃以上１００℃以下で揮発する有機系溶剤を用いたので、接合工程において有機系溶剤を揮発させることができ、焼鈍工程またはろう付け時にガスが発生することを防止することができると共に、保管中に有機系溶剤が揮発するのを防ぐことができる。
（実施例１）
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．８６ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しチタン成分層４が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材１を作製した。
（実施例２）
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が１．２９ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しチタン成分層４が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材１を作製した。
（実施例３）
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が１．０８ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材２を作製した。
（実施例４）
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が２．１５ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材２を作製した。
（実施例５）
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．８６ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材３を作製した。
（実施例６）
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が１．７２ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材３を作製した。
（比較例１）
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．２２ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しチタン成分層４が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
比較例１のろう付け用複合材は、図１のろう付け用複合材１と構造は同じであるが、積層ろう材層６全体のろう材に対する溶融温度低下材の質量比率が４質量％未満となる。
（比較例２）
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．６５ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しチタン成分層４が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
比較例２のろう付け用複合材は、図１のろう付け用複合材１と構造は同じであるが、積層ろう材層６全体のろう材に対する溶融温度低下材の質量比率が４質量％未満となる。
（比較例３）
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．３２ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
比較例３のろう付け用複合材は、図２のろう付け用複合材２と構造は同じであるが、積層ろう材層６全体のろう材に対する溶融温度低下材の質量比率が４質量％未満となる。
（比較例４）
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．４３ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
比較例４のろう付け用複合材は、図２のろう付け用複合材２と構造は同じであるが、積層ろう材層６全体のろう材に対する溶融温度低下材の質量比率が４質量％未満となる。
（比較例５）
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．４３ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
比較例５のろう付け用複合材は、図３のろう付け用複合材３と構造は同じであるが、積層ろう材層６全体のろう材に対する溶融温度低下材の質量比率が４質量％未満となる。
（比較例６）
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７にシリコン粒子と有機系溶剤との混合物を１ｃｍ2当たりのシリコン粒子重量が０．５４ｍｇとなるように塗布し、溶融温度低下材層８を形成した。この基材層７に対しニッケル成分層５が溶融温度低下材層８に接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
比較例５のろう付け用複合材は、図３のろう付け用複合材３と構造は同じであるが、積層ろう材層６全体のろう材に対する溶融温度低下材の質量比率が４質量％未満となる。
（従来例１）
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．６４ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、これら２層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの２層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７に対しチタン成分層４が接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
従来例１のろう付け用複合材は、図１のろう付け用複合材１と比較し、溶融温度低下材層８を有さない。
（従来例２）
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をニッケル成分層５のろう材とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚０．８２ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７に対しニッケル成分層５が接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
従来例２のろう付け用複合材は、図２のろう付け用複合材２と比較し、溶融温度低下材層８を有さない。
（従来例３）
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
板厚１．０ｍｍのコイル状インバー合金（鉄−３６質量％ニッケル合金）板を第三ろう材層９とし、板厚２．０ｍｍのコイル状純チタン板をチタン成分層４のろう材とし、板厚１．３５ｍｍのコイル状純ニッケル板をもうひとつのニッケル成分層５のろう材とし、これら３層のろう材を重ね合わせ、冷間圧延により板厚１．４ｍｍの３層構造のクラッド板を得た。引き続き冷間圧延により、板厚０．１５ｍｍのクラッド板に仕上げ、これを積層ろう材層６とした。
ステンレス条（ＳＵＳ３０４、厚さ１．５ｍｍ）を基材層７とし、この基材層７に対しニッケル成分層５が接するように積層ろう材層６を配置し、冷間圧延により積層ろう材層６と基材層７を接合加工した。その後、さらに冷間圧延を行い、厚さ０．３ｍｍのろう付け用複合材を作製した。
従来例３のろう付け用複合材は、図３のろう付け用複合材３と比較し、溶融温度低下材層８を有さない。
実施例１〜６、比較例１〜６、従来例１〜３のろう付け用複合材を２０ｍｍ×２５ｍｍに切り出して試料とし、試料の目視観察が可能な真空熱処理炉内にて、ろう付け熱処理（試料のみを加熱）を行った。真空度は５．０×１０-2Ｐａで、加熱温度は常温から開始し、１０００℃までは昇温速度２０℃／ｍｉｎ、１０００℃を超えて以降は昇温速度１０℃／ｍｉｎで昇温した。積層ろう材層６の溶融を確認後、加熱を停止し、観察を終了した。
表１は、実施例１〜６、比較例１〜６、従来例１〜３のろう付け用複合材について、構成（表面側から裏面側へ積層順に見た各層の主要構成材料を元素記号、英語名等で示す）、シリコン濃度（全体のろう材に対する溶融温度低下材の質量比率）、溶融温度の実測値を示したものである。
表１によれば、実施例１〜６のろう付け用複合材１，２，３は、比較例１〜６、従来例１〜３のろう付け用複合材よりもろう材の溶融温度が５０℃以上低く、１１００℃以下のろう付け温度でろう付けを行うことが可能である。
本発明は、主にニッケル成分とチタン成分で構成されるろう材又は主にニッケル成分とチタン成分と鉄成分で構成されるろう材が溶融する際、シリコン成分がろう材の溶融温度を低下させる作用を利用したものである。ニッケルとチタンの濃度比率（または板厚比率）や鉄合金とニッケルとチタンの濃度比率（または板厚比率）が実施例１〜６における比率とは異なっても、本発明は適用でき、実施例と同等の効果が得られる。また、図１のろう付け用複合材１では、表面側にニッケル成分層５を配置し基材層７側にチタン成分層４を配置したが、表面側にチタン成分層４を配置し基材層７側にニッケル成分層５を配置しても本発明は適用でき、同等の効果が得られる。また、実施例１〜６では、ろう材にニッケルとチタンを用いたが、ニッケルをニッケル合金に変えたり、チタンをチタン合金に変えても本発明は適用でき、同等の効果が得られる。また、実施例５，６において、鉄合金層を最表面に設けたが、鉄又は鉄合金とチタン又はチタン合金とニッケル又はニッケル合金の積層順は、任意に変更可能であり、同等の効果が得られる。
１，２，３ ろう付け用複合材
４ チタン成分層
５ ニッケル成分層
６ 積層ろう材層
７ 基材層
８ 溶融温度低下材層
９ 第三ろう材層
４ チタン成分層
５ ニッケル成分層
６ 積層ろう材層
７ 基材層
８ 溶融温度低下材層
９ 第三ろう材層
Claims (7)
- チタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層とを含む積層ろう材層と、
該積層ろう材層に接合され、基材からなる基材層と、
該基材層と上記積層ろう材層との間に介在され、溶融温度低下材からなる溶融温度低下材層とを備えたことを特徴とするろう付け用複合材。 - 上記積層ろう材層が鉄または鉄合金をろう材とする第三ろう材層を含むことを特徴とする請求項１記載のろう付け用複合材。
- 上記溶融温度低下材の上記積層ろう材層全体のろう材に対する質量比率が４質量％以上１０質量％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載のろう付け用複合材。
- 上記溶融温度低下材は、粒径が直径１μｍ以上５μｍ以下のシリコン粒子であることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載のろう付け用複合材。
- 上記基材がステンレス鋼であることを特徴とする請求項１〜４いずれか記載のろう付け用複合材。
- 積層ろう材層が基材層に接合されたろう付け用複合材の製造方法において、
シリコン粒子を有機系溶剤に混合し、
この混合物をチタンまたはチタン合金をろう材とするチタン成分層とニッケルまたはニッケル合金をろう材とするニッケル成分層とを含む積層ろう材層または基材層に塗布した後、
上記積層ろう材層と上記基材層を接合させることを特徴とするろう付け用複合材の製造方法。 - 上記有機系溶剤に、７０℃以上１００℃以下で揮発する有機系溶剤を用い、
上記混合物を塗布してから上記積層ろう材層と上記基材層とを接合するまでの間は、７０℃未満で保管し、
上記積層ろう材層と上記基材層の接合は、冷間圧延により行い、
冷間圧延後、１００℃超にて焼鈍することを特徴とする請求項６記載のろう付け用複合材の製造方法。
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